中國石墨烯的“七年之癢”

發布時間:2018-03-07 瀏覽次數:6042 次

一次美國走訪學習的經歷,讓工信部賽迪研究院原材料所所長肖勁松陷入沉思:“中美在石墨烯發展方面有很大差異,跟國內的狂熱相比,美國很多理性的認知對我們來說甚至是具有顛覆性的?!?


  作為一種前沿材料,石墨烯近年來在我國發展迅速,企業數量不斷增加。與此同時,各地也積極出臺相關政策推動石墨烯行業的發展。在今年1月舉行的國家科學技術獎勵大會上,就有5個石墨烯相關項目獲獎。
  但是,我國石墨烯產業似乎又陷入了一種毀譽參半的尷尬境地。相比美國,我國石墨烯應用方向更趨于復合材料、功能材料等低端化領域。不僅如此,我國雖有很多企業都聲稱已實現石墨烯大規模生產,但市場卻頻繁遇冷,企業盈利更是遙遙無期。
  “當前,國內轟轟烈烈的大躍進式的石墨烯運動是不可取的。未來的石墨烯行業是建立在石墨烯材料的殺手锏級應用基礎之上,而不是作為一個萬金油式的添加劑?!贬槍鴥认萑搿捌吣曛W”的石墨烯行業,北京石墨烯研究院執行院長魏迪提醒道。
  中美差異的反思
  石墨烯發現者2010年獲得諾貝爾物理學獎后,全球就掀起了石墨烯研發熱潮。但是,公眾對石墨烯新材料的熱捧,也導致了石墨烯產業虛火過旺。相比美國,我國石墨烯更是呈現出一片虛假繁榮的景象。
  實際上,石墨烯本來就存在于自然界,只是難以剝離出單層結構。鉛筆在紙上輕輕劃過,留下的痕跡就可能是很多層石墨烯。當時獲得諾貝爾獎的專家發現了石墨烯強度高、韌性強等優異性能,主要就是體現在單層結構上。
  “石墨烯在單層結構上隨著層數的增加,諸多優越性都將降低。10層以上性能就大打折扣,甚至都不能再稱為石墨烯?!毙潘杀硎?,“美國強調的就是單層石墨烯,而我國把10層以下的都稱為石墨烯,甚至把類石墨烯的產品也叫石墨烯,魚目混珠的現象比較嚴重?!?br />   除了概念與標準的不同,在制備方法上中美也有差異。肖勁松表示,美國主要采用化學氣相沉積法和外延生長法,這兩種方法雖然生產成本高且不容易量產,但是卻能夠制備出高品質的單層石墨烯。我國雖然在研發上也有采用上述兩種方法,但在產業化上,90%都是采用成本低、可大規模生產的氧化還原法。
  肖勁松通過調研美國相關機構發現,美國對石墨烯有一個技術程度評價的等級,1~4級屬于實驗室研發階段,5~6級屬于逐漸趨向于產業化階段,7~9級才屬于技術較成熟的產業化階段。美國產業界普遍認為,目前石墨烯仍以實驗室研發階段為主,技術成熟度為3~4級,尚不適合大規模生產,整個石墨烯市場仍處于萌芽狀態。
  而反觀中國,大部分科研院所都急于將并不成熟的技術推向市場,很多企業都聲稱石墨烯已經實現大規模生產,地方政府也通過制定產業發展規劃設立產業基金,建立產業園區、產業聯盟等,加大產業化應用推廣。但實際上,企業大規模盈利仍然遙遙無期。
  另外,北京國知專利預警咨詢有限公司總經理于立彪表示,在專利數量上,雖然我國與美國都位列前三甲,但美國的專利質量水平普遍很高,且申請主體以IBM、英特爾等大型跨國公司為主。而我國專利申請主體以高校、科研院所為主,企業僅占30%左右。
  肖勁松也指出,美國專利布局重點在集成電路、晶體管、傳感器、信息存儲、增強復合材料等領域,注重對整個產業鏈的全面布局和保護。而我國很多是為了專利而專利,整體重量輕質,近半數集中在復合材料領域,其次為儲能水處理器、傳感器,缺乏系統性。
  尋找殺手锏級應用
  目前,資本對于石墨烯的熱情正在退潮,很多第一批關注石墨烯的企業也在逐漸淡出?!肮I化批量制備的石墨烯的各項性能和理想狀態差距很大,所謂‘一片石墨烯能撐起一頭大象’‘一克石墨烯展開可鋪滿一個足球場’等的預期,基本都實現不了?!敝嘘P村石墨烯產業聯盟副秘書長班建偉說。
  針對我國石墨烯產業的處境,在近日召開的“2018中國國際石墨烯產業發展論壇暨中關村石墨烯產業聯盟年會”上,肖勁松提醒,一定要謹防我國石墨烯行業陷入低端陷阱。
  “從國家層面,整個石墨烯產業要朝著附加值高的方向發展,別折騰到最后都是為別人做嫁衣。國內的石墨賣五六千元一噸,結果出口到日本經過加工再買回來,就成了6萬多元一噸?!毙潘芍赋?。
  對于石墨烯的應用,壹行研創始人厲俊介紹道,其主要有三大領域,一是電子領域,包括透明導電膜、柔性電子器件、傳感器等;二是儲能領域,包括超級電容、太陽能電池等;三是傳統的賦能材料,使材料具有散熱、抗摩擦、抗腐蝕等性能。
  魏迪表示,當前,國內市場上包括服飾、涂料、復合材料、吸附潤滑產品以及石墨烯鋰電、石墨烯手機觸摸屏等,都代表著我國石墨烯的主流產品,但與國外相比仍然有所滯后。
  “歐盟石墨烯旗艦計劃啟動了17個新的石墨烯研究項目,他們關注的是石墨烯的超級汽車、物聯網傳感器、可穿戴設備和健康管理、數據通信、能源技術以及復合材料等前沿、未來的領域?!蔽旱险f。
  在肖勁松看來,我國石墨烯急需找到殺手锏級的應用和特殊利用的市場,為此他建議我國要重新審視和評估石墨烯行業發展的方向和階段,避免方向性的錯誤和偏差,盡快研究制定我國石墨烯技術成熟路線圖。
  在肖勁松看來,我國石墨烯行業的研究重點應該與國家重大戰略相一致,圍繞新一代信息技術、航空航天設備、新能源等領域進行前瞻性布局。
  產業這把火怎么燒
  “我國石墨烯行業在國際上有相對競爭優勢,是處于第一梯隊的一棵產業苗子。但終究還是棵苗,需要產業界、投資界、測試服務界等各方共同努力,把產業帶動起來?!北本┦锌莆虏牧习l展中心主任肖瀾表示,產業這把火燒起來容易,但是熄滅也快,還需要不斷投入“真金白銀”。
  肖瀾認為,從科研創新的角度來說,石墨烯要取得應用上的突破是一個艱難的馬拉松長跑,要想把石墨烯獨特的使用性能展現出來,還需要全國甚至全球的科學家們共同努力?!坝绕涫窃谑┍∧げ牧仙?,一旦攻關完成,石墨烯行業會產生劇變,甚至質變?!?br />   對于企業方而言,湖南醫家智烯新材料科技股份有限公司副總裁吳顏吉更希望政府和投資人不要急功近利。北京綠能嘉業董事長兼總裁王敏也表示,“我們要沉得住氣,不管是在神壇之上還是神壇之下,企業就應該做企業該做的事?!?br />   工信部人才交流中心副主任色云峰也表示,工信部將通過人才培育工程的實施,進一步夯實我國石墨烯產業基礎,培養一批具備現代化視野的產業領軍人才和龍頭企業,推動我國石墨烯新材料產業領跑全球。

信息來源:中國科學報

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